碳纤维表面上浆处理
碳纤维上浆的作用

碳纤维上浆的作用
碳纤维,这可是个厉害的材料呢!那你知道碳纤维上浆有啥作用吗?
碳纤维上浆就像是给碳纤维穿上了一件特别的“外衣”。
这件“外衣”的作用可不小。
首先啊,它能保护碳纤维。
碳纤维虽然很结实,但在生产、运输和使用过程中,也有可能会受到一些损伤呀,上浆后就像是有了一层保护膜,减少了受到伤害的可能性,这多重要啊!
再想想看,我们平时穿衣服,除了保暖保护自己,是不是也为了让自己看起来更整洁好看呀?碳纤维上浆也有类似的作用呢。
它可以让碳纤维表面更光滑,这样在后续使用的时候,就会更顺畅,不容易出现一些卡顿之类的问题。
而且哦,上浆还能增强碳纤维与其他材料的结合力。
就好比两个人要合作完成一件事,如果他们之间关系紧密、配合默契,那事情肯定能完成得更好呀。
碳纤维和其他材料也是这样,上浆让它们能更好地“合作”,发挥出更大的作用。
比如说,在制造一些复合材料的时候,如果碳纤维没有上浆,那可能就没办法和其他材料很好地融合在一起,那最后的产品质量不就受影响了吗?这可不行呀!
上浆还能改善碳纤维的导电性呢!这就好像给碳纤维开通了一条“快速通道”,让电信号能更快速地通过。
你说,碳纤维上浆的作用是不是超级多呀?它真的是让碳纤维变得更优秀、更厉害的一个关键步骤呢!所以呀,可别小瞧了这看似简单的上浆哦!。
碳纤维上浆设备注意事项有哪些?

碳纤维上浆设备注意事项有哪些?
碳纤维上浆设备注意事项有哪些?日新高温技术有限公司为您解答。
合肥日新高温技术有限公司成立于1998年是专业设计、研发、生产、销售高温热处理设备的民营高新技术企业。
碳纤维是脆性材料,在生产及加工过程中,经机械摩擦容易起毛,或出现单丝断裂等现象,使纤维强度降低、而且,由于毛丝的存在,树脂基体不能充分浸湿模纤维,在复合材料制备中容易产生空隙,从而影响复合材料的力学性能.
上浆处理是解决上述问题的主要方法。
目的是保护表面处理后的洁净活性表面、避免吸附空气中的水分和灰尘,主要作用就是减少起毛断丝现象,使碳纤维集束,改善加工性能并起保护作用。
上浆剂主要与基体树脂相匹配。
对于一定的基体树胎,必须选用合适的上浆剂,不同浓度的上浆液对纤维进行上浆,效果不同,对于不同的机体树脂需要配对不同的上浆剂。
合肥日新高温技术有限公司成立之初,就确定了依托技术开拓市场空间的经营策略,在秉承传统工艺的基础上,不断引进新技术,消化再吸收新工艺,持续发展,开拓创新。
以专业品质科技创新的产品价值观,以日新盛德笃志笃行的企业精神,精心打造中国窑炉一流品牌日新窑炉。
逢此民族产业迅速发展之盛世,合肥日新高温技术有限公司全体同仁热忱希望能广交业内有识之士,以致力于热能技术、工程提供一流的解决方案为企业核心使命,为携手振兴中国的窑炉事业而贡献力量。
碳纤维的表面处理

碳纤维的表面处理(Carbon fibre surface treatment)作者(writer):夏杨(Xia Yang)摘要(Abstract):碳纤维是制备高性能纤维增强复合材料的一种主要的增强纤维。
通过对碳纤维进行适当的表面预处理,有利于形成其与基体间的有效界面,实现两者间载荷的传递,充分发挥碳纤维的增强效应,从而有效提高复台材料的力学性能及耐高温性能。
本文阐述了碳纤维表面处理的作用和目的,较详细地介绍了几种常用的碳纤维表面处理工艺及其机理,为在橡胶基复合材料制备过程中确定碳纤维的高效表面处理方法奠定了基础,对新型高性价比碳纡维增强橡胶基复合材料的开发具有重要意义。
关键词(keywords):碳纤维表面处理正文(Text):在过程工业中,设备、管道等的密封问题一直受到人们的关注.泄漏一旦发生。
轻则浪费原材料和能源,重则造成严重的经挤损失和环境污染。
甚至酿成重大人身伤害事故.密封装置的密封能力主要取决于密封材料和元件的性能。
长期以来,石棉橡胶板作为一种常用密封材料广泛应用于各行各业。
然而,由于石棉是一种公认的致癌物质,近年来,西方许多发达国家相继开始禁用石棉制品。
因此寻求适用的非石棉纤维替代石棉纤维,研制高性价比的非石棉纤维增强密封复合材料,成为当前密封研究领域的一个热点o“3。
碳纤维是近代发展起来的一种增强材料,具有高比强度和高比模量以及较高的抗蠕变性能“153且耐疲劳、耐腐蚀,已成为最重要的增强材料之一+广泛应用于制备纤维增强树脂基材料“1。
在密封技术领域,近年来。
碳纤维也逐渐成为开发耐高温橡胶基密封材料的首选增强纤维”“…。
但是,碳纤维的表面情性大,姥乏有化学活性的宵能团,与基体的浸润性茬,往往导致其与基体的界面结合强度低,影响复合材料性能的提高,限制了材料在严苛工况下的使用.因此对碳纤维进行适当的表面预处理,对于形成与橡胶基体间的有效界面结合、实现基体和纤维间载荷的传递、充分发挥碳纤维的增强效应和提高复台材料的力学性能及耐高温性能具有重要的意义.1碳纤维表面处理的目的纤维增强复合材料的性能,主要取决于增强纤维和基体材料以及两者之间的结合界面性能““。
碳纤维表面处理和上浆剂的研究进展

p r o p e ti r e s c a u s e d b y d i f f e r e n t s u r f a c e t r e a t me n t me t h o d s nd a s i z i n g a g e n t s . KEY W ORDS c o mp o s i t e ;c rb a o n i f b e r ;S u f r a c e t r e a t me n t ;s i z i n g a g e n t ;i n t e r f a c i a l a d h e s i o n
摘
要
复合 材料的界面特性 与其 宏观力学性能密切相关 : 界面 层的厚 度和模量决 定 了界 面处 应力 的传 递 , 界 面
层 的化 学组 成也会间接影响界面粘结强度 , 因此研究 复合 材料 界面层 组成及 性能 的影响 因素是 十分必要 的。因
此, 碳纤维 自身的表面物理 、 化 学性 质和碳纤维表面涂覆 的上浆剂 成为 了重 要考虑 因素 。本文结合 日本东丽关 于 碳 纤维表面处理、 上浆剂种类及上浆工艺 的专利及其它 文献 , 综 述 了表 面处理方 法和上浆 剂种类对 界面粘结性 能
Q I L e i , L I U Y a n g t a o , G A O Me n g , Z H A N G G a n g y i ,H U A N G X i n g , O U Y A N G X i n f e n g
( C h i n a C o m p o s i t e G r o u p C O. , L T D . , B e i j i n g 1 0 0 0 3 7 , C h i n a )
mo d u l u s a n d t h i c k n e s s o f t h e i n t e r p h a s e d e t e r mi n e t h e s t r e s s—t r a n s f e r i n t h e c o mp o s i t e,a n d t h e c h e mi c l a c o mp o s i t i o n o f t h e i n t e f r a c e l a y e r w i l l ls a o i n d i r e c t l y a f f e c t t h e i n t e f r a e i l a a d h e s i v e s t r e n g t h,t h e r e f o r e r e s e a r c h o n t h e i n f l u e n c e f a c t o r s o f t h e i n t e r p h a s e i s v e r y n e c e s s a r y .T h e p h y s i c l a nd a c h e mi c a l p r o p e r t i e s o f t h e c rb a o n i f b e r a n d t h e s i z i n g o n t h e i f b e r s h o u l d b e s t u d i e d n e c e s s a r i l y .I n t h i s p a p e r ,c a r b o n i f b e r s u r f a c e t r e a t me n t ,s i z i n g a g e n t t y p e s a n d s i z i n g p r o c e s s o f p a t e n t s o we d
碳纤维表面处理与改性

碳纤维表面处理与改性碳纤维很少单独使用,主要用作复合材料的增强体,其力学性能优势通过复合材料发挥出来。
但复合材料的性能不仅取决于碳纤维本身,更取决于碳纤维与基体之间的界面。
良好的界面结合才能将载荷有效传递给碳纤维,从而充分发挥碳纤维的高强度、高模量特性。
反之,如果碳纤维与基体之间的界面性能较差,应力无法在界面有效传递,则碳纤维的力学性能优势难以发挥出来,将导致复合材料的性能下降。
碳纤维经过高温炭化处理后,大部分非碳元素被脱除,纤维表面呈现较高的惰性,导致在制造复合材料时基体对碳纤维的浸润性变差。
通过对碳纤维进行表面改性,可以改善其表面活性以及与基体的浸润性,增强纤维与基体之间的相互作用,从而有利于复合材料力学性能的提高。
因此,表面处理工艺是碳纤维制备过程中的重要环节之一。
碳纤维的表面改性处理方法有很多,如气相氧化法(包括空气氧化、臭氧氧化)、等离子体处理、液相氧化法(包括酸液氧化、阳极氧化)、表面涂层法、表面接枝法等。
每种处理方法都有自己的优缺点,如气相氧化法流程短,碳纤维经过气相氧化处理后可直接上浆,不需要配套水洗和干燥设备,但是其氧化程度不易控制。
而阳极氧化法具有氧化程度易于控制、氧化过程缓和、氧化效果显著等特点,但该方法需要配套水洗和干燥设备,流程较长。
阳极氧化法的最大优点是处理时间短,能够满足连续生产的要求,因而成为目前国内外碳纤维生产线在线配套的主要方法。
此外,近几年表面涂层法和表面接枝法也发展迅速,特别是基于纳米材料和高分子材料的碳纤维表面改性方法研究较多,在实验室取得了良好的效果,有望成为新一代在线配套的表面处理方法。
1、阳极氧化法阳极氧化法通常是在电解质溶液中以碳纤维为阳极、石墨板为阴极对碳纤维表面进行电化学处理。
电解质溶液种类较多,主要可以分为酸性、碱性及中性三种。
酸性电解质主要为无机含氧酸,如硫酸、硝酸、磷酸、硼酸等;碱性电解质有氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化镁磷酸钾、磷酸钠等;中性电解质主要有硝酸钾、硝酸钠以及碳酸氢铵、碳酸铵、磷酸铵等铵盐类电解质。
碳纤维原丝上浆工艺流程

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1. 原丝预处理,去除原丝表面的杂质和油脂,提高上浆剂的附着力。
碳纤维 生产过程

碳纤维 生产过程
碳纤维的生产过程主要包括以下几个步骤:
1. 原料准备:通常使用聚丙烯腈 PAN)作为碳纤维的前驱体。
将聚丙烯腈与溶剂混合,形成纺丝原液。
2. 纺丝:将纺丝原液通过喷丝头挤出,形成细丝。
这些细丝经过凝固浴固化,形成聚丙烯腈纤维。
3. 预氧化:将聚丙烯腈纤维在空气中进行预氧化处理,使其部分环化和氧化,提高其热稳定性。
4. 碳化:将预氧化后的纤维在惰性气氛中进行碳化处理,通常在高温下进行。
这个过程中,纤维中的非碳元素 如氢、氮等)被移除,形成碳纤维。
5. 表面处理:对碳纤维进行表面处理,以改善其与树脂的结合性能。
这可以通过涂覆表面活性剂或进行化学处理来实现。
6. 上浆:给碳纤维表面涂上一层保护浆料,以提高其耐磨性和抗拉强度。
7. 卷绕:将处理后的碳纤维卷绕成卷轴,以便储存和运输。
以上是碳纤维生产的一般过程,不同的生产工艺和设备可能会有所不同。
碳纤维的性能和质量取决于原材料、生产工艺和后续处理等因素。
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究

different impregnation processes
PAAs 质量分数 / %
0. 1
0. 3
0. 5
0. 7
图 2 不同浸渍工艺下上浆碳纤维的悬垂值
Fig. 2 Drape value of sized carbon fiber by different
第 4 期 赵新星等. 大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
9
2. 2 上浆碳纤维的可加工性能
碳纤维在卷绕、退绕及加工过程中因摩擦导
致部分纤维断开而产生毛丝,这些毛丝不仅影响
碳纤维的力学性能,而且会给碳纤维的后加工工
艺带来困难。 未上浆碳纤维的毛丝量非常大,达
impregnation processes
■—PAAs 质量分数 0. 1%;●—PAAs 质量分数 0. 3%;
▲—PAAs 质量分数 0. 5%;▼—PAAs 质量分数 0. 7%
从图 2 可以看出:随着浸渍时间的延长、上浆
剂浓度的提高,上浆碳纤维的悬垂值均呈上升趋
势,且上浆剂浓度对于悬垂值的影响更为明显;结
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合 成 纤 维 工 业 2023 年第 46 卷
8
有限公司制;Quanta-250 型扫描电子显微镜:美国
康塔克默仪器公司制;Escalab 250Xi 型光电子能
研究与开发
合 成 纤 维 工 业, 2 0 2 3 , 4 6 ( 4 ) : 7
CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
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• Chemical structure
• Surface enegy and wettability
• Thermal stability and IFSS
Results
A number of longitudinal streaks dispers on the C-1-sized carbon fibers surface, The longitudinal streaks in the C-2 and C-3-sized carbon fibers almost disappeared .A few granular substances appeared on C-3-sized carbon fibers .there was no bundle between C-2-sized carbon fibers, and the fiber bundle had uniform dispersibility. However, some C-3-sized carbon fibers adhered together which did not satisfactory processability and other workability for further application. As a result, we chose C-2 with the concentration of 0.5 wt % as the sizing agent for the following investigation. The results of this study revealed that sizing agent with thermoplastic PPEK resin improved carbon fibers surface and interfacial properties of carbon fiber composites. XPS results confirmed that the main component of sizing agent on T700M CF was PPEK resin. T700M CF performed better thermal stability than that of T700 CF. Because of more functional groups on surface, T700M CF showed higher polar component and surface energy than T700 and T700T carbon fibers. Surface energy of T700M CF was 49.96 mJ m-2, improving 59.26% compared to T700T CF. The wetting performance of T700M was best with the contact angle of 57.01°, and the values were 73.11° and 97.05° for T700 and T700T carbon fibers, respectively. IFSS of T700M CF/PPEK composite was 51.49 MPa and improved 30.32% compared to 700T CF/PPEK composite. Carbon fiber sizing with PPEK can distinctly improve their thermal stability, surface energy, wetting performance, and IFSS.
碳纤维表面上浆处理
PropePoly(phthalazinone ether ketone) Resin
• 碳纤维是脆性材料,在生产及加工过程中,经机械摩擦容易起毛,或 出现单丝断裂等现象,使纤维强度降低。而且,由于毛丝的存在,树 脂基体不能充分浸湿碳纤维,在复合材料制备中容易产生空隙,从而 影响复合材料的力学性能。另外,毛丝的存在还会对工作环境产生影 响,可能造成电气设备、仪表等短路事故,严重影响到生产和安全。 上浆处理是解决上述问题的主要方法。 • 上浆就是经表面处理的碳纤维表面涂一层保护层大约几十nm厚,通常 为有机物。主要作用就是减少起毛断丝现象,使碳纤维集束,改善加 工性能并起保护作用。 • 上浆剂主要与基体树脂相匹配。对于一定的基体树脂,必须选用合适 的上浆剂。目前主要用环氧树脂 ,酚醛树脂等热固性树脂,而对热 塑性上浆剂的研究较少。 • 本次主要介绍热塑性的PPEK(聚苯醚酮树脂)作为碳纤维的上浆剂, 用TGA分析碳纤维热性能,扫描电子显微镜和原子力显微镜观察表面 形态,XPS研究上浆与未上浆碳纤维的表面化学成分,接触角测试分 析碳纤维与PPEK的浸润性和碳纤维的表面能,微脱粘法分析纤维与 PPEK复合材料的层间剪切强度。
Preparation
To campare the PPEK-sizing agent and the sizing agent on T700(with the composition unknown)and get better sizing effect ,the sizing agent coated on T700 CFsurface was removed first.T700 CF was refluxed by boiling acetone for 48h in a Soxhlet apparatus,then washed repeatedly with deionized water,and dried under vacuum at 110℃ for 3h(labeling as T700T,with the diameter of 7.05 um). • Three concentrations of sizing agent, 0.1, 0.5, and 1 wt %, were used and labeled as C-1, C-2, and C-3, respectively. The PPEKresin was dissolved in NMP by constant stirring until the resin was homogeneously dispersed under 80℃. Then the surfactant EL was added to the solution with the concentration of 0.5 wt% of the solution to improve the wettability between unsized carbon fiber and the sizing agent solution. The T700T CF was immersed in the solutions for 10 s by use of a dip tank in conjunction with automatic processing equipment for continuous running of the CF through tank. The solvent was removed, and the fiber (labeling as T700M, with the diameter of 7.15 um, measured by SEM images) was dried under 110℃。
Materials
• PPEK:
聚苯醚酮,由苯醚键和酮键组成的主链芳香族聚合物。 • EL:Polyoxyethylene cater oil(表面活性剂) • NMP:diiodomethane (溶剂) • T700SC canbon fibre 12K 7.15um • acetone(丙酮)